JP5126976B2 - ゴム物品補強用ワイヤおよびそれを用いたゴム物品 - Google Patents

Description

本発明は、ゴム物品補強用ワイヤ（以下、単に「ワイヤ」とも称する）およびそれを用いたゴム物品に関し、詳しくは、主としてゴム物品としてのタイヤの諸性能を損なうことなく軽量化を達成するために用いられる、ゴム物品補強用ワイヤおよびそれを用いたゴム物品に関する。

近年、自動車の燃費を向上させるために、タイヤを軽量化する要求は益々高まっている。これに対し、軽量化の有力な手段として、タイヤの補強ベルトに用いられるスチールコードが見直されてきており、その構造についての新しい技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、金属単線を予め螺旋状に波型付けして所定の減衰比を有するものとしたベルトコードを用いる技術が開示されており、これによりタイヤの軽量化を図るとともに乗り心地の低下を防止できると記載されている。

また、特許文献２には、ベルトの端部剥離やコード折れを抑止し、乗り心地と操縦安定性等のタイヤ諸性能を良好に保ちながら、タイヤの軽量化と転がり抵抗の低減を達成することを目的として、ベルトプライ内の少なくとも大部分の金属線が、ベルトプライ幅方向に長い扁平形状の１本又は複数本の金属線を撚り合わせることなくベルト幅方向に並列に引き揃えた金属単線又は金属線束として存在し、この金属単線又は金属線束が、ベルト幅方向に単線間又は束間で間隔を開けて平行に平面的にベルト幅方向に配列されてゴム中に埋設されてベルト層が形成されている空気入りラジアルタイヤが開示されている。

さらに、タイヤの補強層に適用される偏平ワイヤの改良に関する技術として、特許文献３には、丸線ワイヤの偏平化によって形成された一対の平坦部および一対の湾曲部を有し、ワイヤ横断面の投影視野において前記平坦部から前記湾曲部に遷移する部位のエッジ角θを１４２°〜１６３°の範囲としたゴム補強用偏平ワイヤが開示されている。
特開平１１−９１３１１号公報（特許請求の範囲等） 特開２００１−３２８４０７号公報（特許請求の範囲等） 特開２００６−３３６１５４号公報（特許請求の範囲等）

しかしながら、特許文献１で用いられているベルトコードの素線径は０．４０〜０．５０ｍｍと太いため、走行中に繰り返し曲げ変形が加わった際に金属線の表面に大きな歪が発生し、悪路走行時に大きな曲げ変形が加わった際に金属線が折れ易いという問題があり、改良が求められていた。また、特許文献２に開示されているような技術もあるが、補強材側の改良により、特にタイヤに適用した際に、タイヤ諸性能を損なうことなくさらに軽量化を図ることのできる補強材を実現することが求められていた。

そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、特にタイヤに適用した際に、ワイヤ折れ等の不具合を生ずることなく、かつ、操縦安定性等のタイヤ諸性能を損なうことなく、タイヤをさらに軽量化することができるゴム物品補強用ワイヤ、および、それを用いたゴム物品を提供することにある。

本発明者は、偏平断面を有するゴム物品補強用ワイヤに関し、断面形状および波型付け形状につき鋭意検討した結果、特定の偏平断面形状および波型付け形状を有するワイヤを補強材として用いることで、上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のゴム物品補強用ワイヤは、１対の平行な直線と、外側に凸となって対向する１対の円弧と、からなるトラック形状の偏平断面を有するゴム物品補強用ワイヤにおいて、
厚みをＴ（ｍｍ）、円弧の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、下記式（１）および（２）、
０．１５≦Ｔ≦０．３０ （１）
０．６３５４×Ｔ≦Ｒ≦０．７７×Ｔ＋０．０１９ （２）
で表される関係を満足し、かつ、ワイヤ厚み方向か幅方向の少なくともいずれかの方向に波型付けされたことを特徴とするものである。

また、ワイヤの幅をＷ（ｍｍ）、ワイヤ厚み方向波型付け量をＷｔ（ｍｍ）、幅方向波型付け量をＷｗ（ｍｍ）、波型付けのピッチをＰ（ｍｍ）としたとき、下記式（３）、（４）および（５）、
１．１５×Ｔ≦Ｗｔ≦１．５×Ｔ （３）
１．１５×Ｗ≦Ｗｗ≦２．０×Ｗ （４）
４．０×（Ｔ＋Ｗ）≦Ｐ≦１５．０×（Ｔ＋Ｗ） （５）
で表される関係を満足することが好ましい。

更に、本発明のゴム物品は、上記本発明のゴム物品補強用ワイヤが補強材として用いられていることを特徴とするものである。本発明のゴム物品においては、前記ゴム物品補強用ワイヤが、その幅方向がゴム物品の面内方向となるよう並列に引き揃えられていることが好ましく、特に、空気入りタイヤに好適に適用することができる。

本発明によれば、上記構成としたことにより、特にタイヤに適用した際に、ワイヤ折れ等の不具合を生ずることなく、かつ、操縦安定性等のタイヤ諸性能を損なうことなく、タイヤをさらに軽量化することができるゴム物品補強用ワイヤおよびそれを用いたゴム物品を実現することが可能となった。したがって、本発明のゴム物品の一例としての空気入りタイヤによれば、従来のゴム物品補強用偏平ワイヤを用いたときの諸々の問題点、すなわち、ベルト端部の耐剥離性や操縦安定性、耐ベルト折れ性等の諸性能を改善することが可能である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１に、本発明のゴム物品補強用ワイヤの一例の断面図を示す。図示するように、本発明のゴム物品補強用ワイヤ１は、１対の平行な直線部１１と、外側に凸となって対向する１対の円弧部１２と、からなるトラック形状の偏平断面を有している。

本発明においては、ワイヤ１の厚みＴ（ｍｍ）が、下記式（１）、
０．１５≦Ｔ≦０．３０ （１）
で示される関係を満足することが必要である。ワイヤの厚みＴが０．１５ｍｍ未満では、ゴム物品の剛性が不足して、タイヤの補強用ベルトとして用いた場合には操縦安定性が損なわれる。一方、ワイヤの厚みＴが０．３０ｍｍを超えると、曲げ大変形時にワイヤの表面歪が大きくなって、車両の急旋回時などの際にワイヤの折れが発生しやすくなってしまう。

また、本発明においては、ワイヤ１の偏平断面を構成するワイヤの円弧部曲率半径Ｒ（ｍｍ）が、下記式（２）、
０．６３５４×Ｔ≦Ｒ≦０．７７×Ｔ＋０．０１９ （２）
で表される関係を満足する。ワイヤの円弧部曲率半径Ｒ（ｍｍ）が０．６３５４×Ｔ（ｍｍ）未満では、曲率半径が小さ過ぎるためにワイヤとゴムとの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなって、セパレーションが生じ易くなる。一方、曲率半径Ｒ（ｍｍ）が０．７７×Ｔ＋０．０１９（ｍｍ）を超えると、ワイヤ１の直線部１１と円弧部との境界領域においてワイヤとゴムとの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなって、セパレーションが生じ易くなる。

さらに、本発明のワイヤにおいては、図２および図３に図示するように、ワイヤ厚み方向か幅方向の少なくともいずれかの方向に波型付けされていることが必要である。
本発明においては、ワイヤ１の厚み方向波型付け量Ｗｔ（ｍｍ）が、下記式（３）、
１．１５×Ｔ≦Ｗｔ≦１．５×Ｔ （３）
で表される関係を満足する。ワイヤ厚み方向波型付け量Ｗｔ（ｍｍ）が１．１５×Ｔ（ｍｍ）未満では、曲げ大変形時にワイヤの表面歪が大きくなって、車両の急旋回時などの際にワイヤの折れが発生しやすくなってしまう。一方、ワイヤ厚み方向波型付け量Ｗｔ（ｍｍ）が１．５×Ｔ（ｍｍ）を超えると、ゴム物品補強層の厚みが厚くなり軽量化の目的から逸脱する。また、タイヤの補強用ベルトとして用いた場合には操縦安定性が損なわれる。

また、本発明においては、ワイヤ１の幅方向波型付け量Ｗｗ（ｍｍ）が、下記式（４）、
１．１５×Ｗ≦Ｗｗ≦２．０×Ｗ （４）
で表される関係を満足する。ワイヤ幅方向波型付け量Ｗｗ（ｍｍ）が１．１５×Ｗ（ｍｍ）未満では、曲げ大変形時にワイヤの表面歪が大きくなって、車両の急旋回時などの際にワイヤの折れが発生しやすくなってしまう。一方、ワイヤ幅方向波型付け量Ｗｗ（ｍｍ）が２．０×Ｗ（ｍｍ）を超えると、隣接コード間の隙間が不揃いになり易く、セパレーションが生じ易くなる。また、タイヤの補強用ベルトとして用いた場合には操縦安定性が損なわれる。

さらに、本発明においては、ワイヤ１の波型付けのピッチＰ（ｍｍ）が、下記式（５）、
４．０×（Ｔ＋Ｗ）≦Ｐ≦１５．０×（Ｔ＋Ｗ） （５）
で表される関係を満足する。波型付けピッチＰ（ｍｍ）が４．０×（Ｔ＋Ｗ）（ｍｍ）未満では、ゴム物品の剛性が不足して、タイヤの補強用ベルトとして用いた場合には操縦安定性が損なわれる。一方、波型付けピッチＰ（ｍｍ）が１５．０×（Ｔ×Ｗ）（ｍｍ）を超えると、曲げ大変形時にワイヤの表面歪が大きくなって、車両の急旋回時などの際にワイヤの折れが発生しやすくなってしまう。

本発明においては、ワイヤ厚み方向か幅方向の少なくともいずれかの方向に波型付けされていて、ワイヤの厚みＴおよびワイヤの円弧部曲率半径Ｒが上記式（１）および（２）をともに満足するトラック形状の偏平断面を有するワイヤとすることで、上述した本発明の所期の効果が得られることを見出したものであり、ワイヤ厚み方向波型付け量Ｗｔ、ワイヤ幅方向波型付け量Ｗｗおよび波型付けのピッチＰが上記式（３）（４）および（５）を満足することが好ましい。それ以外の具体的なワイヤ材質等については特に制限されるものではない。かかる本発明のワイヤは、通常の円形断面のワイヤを製造するための従来の設備および工程をそのまま利用して、その伸線加工の後半部においてローラ間で圧延するか、または、偏平孔のダイスを通す等により偏平化することで、経済的かつ簡便に製造することができる。また、波型付け形状とするためには、１対の歯車間にワイヤを噛み込ませて加工する。厚み方向波型付け時は偏平加工後に歯車間を通し、幅方向波型付け時は偏平加工前に予め歯車間を通す等で、経済的かつ簡便に製造することができる。なお、所期の波型付け形状が得られるのであれば、上記方法以外でも何ら問題はない。

また、本発明のゴム物品は、上記本発明のゴム物品補強用ワイヤが補強材として用いられているものであればよく、これにより本発明の所期の効果が得られるものである。本発明のゴム物品としては、タイヤや工業用ベルト等が挙げられるが、特には、タイヤである。本発明のゴム物品の一例としてのタイヤにおいては、上述したように、タイヤの諸性能を損なうことなく、また、ワイヤに起因する不具合を生ずることもなく、軽量化を図ることが可能となる。

この場合、ワイヤ１を、その幅方向がゴム物品の面内方向となるよう並列に引き揃えることが好ましい。これにより、ゴム物品の厚みを薄くすることができ、軽量化の点で優れたものとなる。例えば、ワイヤ１をタイヤの補強用ベルトに用いる場合には、ベルトの面内方向にワイヤ１の幅方向が揃うように配列させればよい。

以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。
ゴム物品の一例としての空気入りラジアルタイヤ（サイズ１７５／７０Ｒ１４）を、タイヤ赤道面に対し右２０°の角度に傾斜する第１ベルトプライと左２０°の角度に傾斜する第２ベルトプライとからなるベルト層に、下記表１〜３にそれぞれ示すスチールワイヤを適用して作製した。下記表中、トラック形とは、１対の平行な直線部１１と、外側に凸となって対向する１対の円弧部１２と、からなる偏平断面形状をいう（図１参照）。なお、かかるトラック形状のワイヤについては、その幅方向がベルトプライの面内方向となるよう、並列に引き揃えて用いた。

各供試タイヤにつき、下記に示す性能試験を実施した。その結果を、比較例１の円形断面ワイヤを用いたタイヤの性能を１００とした場合の相対評価である指数にて、下記の表１〜３中に併せて示す。また、実施例１〜５および比較例２〜１０におけるワイヤの厚みＴとワイヤの円弧部曲率半径Ｒとの関係を、図６のグラフに示す。実施例１、３、５および比較例３、５におけるワイヤの厚みＴとワイヤ厚み方向波型付け量Ｗｔとの関係を、図７のグラフに示す。実施例２、４、５および比較例２、４、５におけるワイヤの幅Ｗとワイヤ幅方向波型付け量Ｗｗとの関係を、図８のグラフに示す。実施例１〜５および比較例２〜５におけるワイヤの厚みＴとワイヤの幅Ｗとの和と波型付けのピッチＰとの関係を、図９のグラフに示す。

＜耐ベルトエンドセパレーション（端部剥離）性＞
各供試タイヤを正規リムに組み付け、１４７ｋＰａ（１．５ｋｇｆ／ｃｍ^２）の内圧を充填して、テスト用乗用車に装着し、一般道路を６万ｋｍ走行させた後、タイヤを解剖してベルトの端縁に発生している亀裂の長さを測定した。各供試タイヤの亀裂長さの逆数を算出して、比較例１の供試タイヤの逆数値を１００とした指数で示した。この指数値が大きいほど、耐ベルトエンドセパレーション性に優れている。

＜操縦安定性＞
ＪＩＳ規格Ｄ４２０２に準じて調整した各供試タイヤを、外径３ｍのドラム試験機に設置して、所定サイズおよび内圧から決定される荷重を印加し、３０ｋｍ／ｈの速度で３０分間予備走行させた。その後、昇温による内圧増加を除くため、荷重を除いて内圧を規格値に再調整した後、再び同一速度および同一荷重の下にスリップ角度を±１°から±４°まで１度毎に正負連続して付けて、正負各角度での単位角度あたりのコーナリングフォース（ＣＦ）を測定し、それらの平均値を算出してコーナリングパワー（ＣＰ）を求めた。各試験タイヤのＣＰを、比較例１のタイヤのＣＰで除して指数化して表示した。この指数値が大きいほど、操縦安定性は良好である。

＜耐ベルト折れ性＞
各供試タイヤを実車に装着して、一定で曲折するつづら折れ道路を時速６０ｋｍで２万ｋｍ走行させた後、供試タイヤを解剖してベルト層内のワイヤを採取し、折れた状態にあるワイヤの本数を調査し、その逆数を、比較例１のタイヤを１００として指数表示した。この指数値が大きいほど、耐ベルト折れ性に優れていることを示す。

上記表１〜３に示すように、比較例２の供試タイヤでは、ワイヤの厚みＴが薄すぎるためにゴム物品の剛性が不足し、操縦安定性が損なわれている。また、比較例３の供試タイヤでは、ワイヤの円弧部の曲率半径が大き過ぎるために、ワイヤの直線部と円弧部との境界領域においてワイヤとゴムとの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなって、耐ベルトエンドセパレーション性に劣っている。さらに、比較例４の供試タイヤでは、ワイヤの円弧部の曲率半径が小さ過ぎるために、ワイヤとゴムとの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなり、やはり耐ベルトエンドセパレーション性に劣る結果となっている。さらにまた、比較例５の供試タイヤは、ワイヤの厚みが厚すぎるために曲げ大変形時にワイヤの表面歪が大きくなり、車両の急旋回時などの際にワイヤの折れが発生し易くなっていることがわかる。

これに対し、本発明に係る実施例１〜５の供試タイヤでは、偏平ワイヤの厚みＴおよび円弧部曲率半径Ｒをそれぞれ適正化し、かつ、ワイヤ厚み方向か幅方向の少なくともいずれかの方向に波型付けしたことで、耐ベルトエンドセパレーション性、操縦安定性および耐ベルト折れ性のいずれについても、円形断面の丸線ワイヤを用いた比較例１対比、向上していることが確かめられた。

さらに、比較例６〜１０の供試タイヤにおいては、それぞれ実施例１〜５と厚みＴおよび円弧部曲率半径Ｒが同一である偏平ワイヤを用いているが、ワイヤ厚み方向および幅方向のいずれの方向にも波型付けしていないため、曲げ大変形時にワイヤの表面歪が大きくなって、車両の急旋回時などの際にワイヤの折れが発生しやすくなっていることがわかる。

本発明のゴム物品補強用ワイヤの一例を示す断面図である。 ワイヤ厚み方向に波型付けされた本発明のゴム物品補強用ワイヤの一例を示す型付け状態および断面図である。 ワイヤ幅方向に波型付けされた本発明のゴム物品補強用ワイヤの一例を示す型付け状態および断面図である。 波型付けされていない比較例６〜１０のワイヤを示す図である。 従来の丸線ワイヤを示す断面図である。 実施例１〜５および比較例２〜１０におけるワイヤの厚みＴとワイヤの円弧部曲率半径Ｒとの関係を示すグラフである。 実施例１、３、５および比較例３、５におけるワイヤの厚みＴとワイヤ厚み方向波型付け量Ｗｔとの関係を示すグラフである。 実施例２、４、５および比較例２、４、５におけるワイヤの幅Ｗとワイヤ幅方向波型付け量Ｗｗとの関係を示すグラフである。 実施例１〜５および比較例２〜５におけるワイヤの厚みＴとワイヤの幅Ｗの和と波型付けのピッチＰとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１ ゴム物品補強用ワイヤ
２ 丸線ワイヤ
１１ 直線部
１２ 円弧部
Ｔ ワイヤの厚み
Ｗ ワイヤの幅
Ｒ ワイヤの円弧部曲率半径
Ｗｔ ワイヤ厚み方向波型付け量
Ｗｗ ワイヤ幅方向波型付け量
Ｐ 波型付けのピッチ

Claims (5)

1. １対の平行な直線と、外側に凸となって対向する１対の円弧と、からなるトラック形状の偏平断面を有するゴム物品補強用ワイヤにおいて、
   厚みをＴ（ｍｍ）、円弧の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、下記式（１）および（２）、
   ０．１５≦Ｔ≦０．３０ （１）
   ０．６３５４×Ｔ≦Ｒ≦０．７７×Ｔ＋０．０１９ （２）
   で表される関係を満足し、かつ、ワイヤ厚み方向か幅方向の少なくともいずれかの方向に波型付けされたことを特徴とするゴム物品補強用ワイヤ。
2. ワイヤの幅をＷ（ｍｍ）、ワイヤ厚み方向波型付け量をＷｔ（ｍｍ）、幅方向波型付け量をＷｗ（ｍｍ）、波型付けのピッチをＰ（ｍｍ）としたとき、下記式（３）、（４）および（５）、
   １．１５×Ｔ≦Ｗｔ≦１．５×Ｔ （３）
   １．１５×Ｗ≦Ｗｗ≦２．０×Ｗ （４）
   ４．０×（Ｔ＋Ｗ）≦Ｐ≦１５．０×（Ｔ＋Ｗ） （５）
   で表される関係を満足することを特徴とする請求項１記載のゴム物品補強用ワイヤ。
3. 請求項１または２記載のゴム物品補強用ワイヤが補強材として用いられていることを特徴とするゴム物品。
4. 前記ゴム物品補強用ワイヤが、その幅方向がゴム物品の面内方向となるよう並列に引き揃えられている請求項３記載のゴム物品。
5. 空気入りタイヤである請求項３または４記載のゴム物品。

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